ICP-AES仪器技术与应用最新发展动态

上世纪60年代中期，美国Fassel和英国Greenfield分别报道了各自取得的重要研究成果，创立了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)新技术。1975年美国热电佳尔-阿许公司(TJA)生产了世界上第一台商用ICP-AES，仪器的商品化有力地推动了ICP-AES分析技术的应用和发展。

　　ICP-AES法既具有原子发射光谱法(AES)多元素同时测定的优点，又具有原子吸收光谱法(AAS)溶液进样的灵活性和稳定性，在主、次、痕量成分的多元素同时测定，固、液、气态样品直接分析等方面具有很好的效果，堪称理想的分析方法。经过半个多世纪的发展，其应用范围是原子光谱分析技术中最为广泛的一种，由无机物分析，扩展到有机、生化、生命科学分析领域，以及当前备受关注的环境检测及食品安全监控等方面，已成为当前最具优越分析性能和实用价值的实验室必备检测手段。

　　2014年10月19-21日，由中国工程院、中国合格评定国家认可委员会、中国标准化协会、中国金属学会、国际钢铁工业分析委员会、中国钢研科技集团有限公司主办的“中国科学仪器设备与试验技术高峰论坛”、“第四届中国能力验证与标准样品论坛”、“CCATM’2014国际冶金及材料分析测试学术报告会”在北京国际会议中心举行。10月20日下午，湿法分析(ICP-AES\ICP-MS\AAA\其他)分会场报告会举行，50余位业内知名专家、学者、技术人员出席了会议。

　　北京NIL国际实验室能力验证研究中心郑国经教授做题为“原子光谱仪器新进展—ICP-AES发展动态”的报告。每一届BCEIA期间，中国分析测试协会都会组织各领域的专家对相关仪器、零部件的水平、技术特点、发展前景进行评述。郑国经教授是BCEIA仪器评议光谱组的组长，在此次报告中郑国经教授详细评述了近年来原子光谱中ICP-AES仪器技术与应用的最新发展动态。

　　ICP-AES仪器技术发展动态

　　(1)仪器分辨率有明显提高

　　谱线干扰是ICP-AES光谱分析的主要影响因素，所以ICP-AES仪器需要高分辨率的光学系统，才能最大限度减低光谱干扰。中阶梯光栅-棱镜双色散系统和超百万像素的固体检测器使 ICP-AES的分辨率达到“极致”。近期的新品仪器均标称，仪器的光学分辨率达到0.003nm或像素分辨率为0.002nm。仪器的谱线实际分辨率可以达到0.005nm的效果。

　　(2)高频电源采用全固态数字式发生器成为主流配置

　　全固态RF发生器使仪器结构更为紧凑、运行更加稳定，可达到稳定性≤1.0%、重复性≤1.0%。频率已经优化在27.12MHz 及40.68MHz，不同厂家均有选用，效果相近，均有很好的分析性能。

　　国内在这方面正在迎头赶上，近年来武汉地质大学与计量院联合研制的数字式高效全固态 ICP光源系统已取得成果，采用全数字化设计，功率调节采用数字式控制，频率为27.12 MHz，可调范围为100 W~1600 W，将大大促进国产ICP-AES仪器的发展。

　　(3) 炬管垂直放置，双向观测同时进行，已成为全新配置

　　自从上世纪末，推出端视技术以提高ICP-AES的检出灵敏度以来，据采用水平炬管，双向交替观测。经实际使用发现水平炬管不是最佳配置，因此垂直炬管成为全新配置，同时推出双向同时观测技术。实验中发现水平炬管易产生盐分、碳粒的凝结和水滴的产生，而垂直炬管设置可防止这些情况出现，并能提高分析有机样品和高盐样品时的稳定性。

　　(4)检测器结合不断深化的软件功能，多谱线拟合扣除光谱干扰、多波长分析数据自动判别，创造即开即用、高通量快速检测技术

　　固体检测器不断改进提高，新一代CCD/CID检测器具有高灵敏度、高量子化效率，像素分辨率可达到优于0.003nm。

　　强大的软件功能，一次测量可同时采集多条谱线及背景信息，记录所有元素的分析谱线数据，可在测量后对任何元素及其干扰直接进行数据处理，或可以随时在方法中添加其他谱线，进行数据再处理，不需重新再做分析。使ICP-AES的测定达到高样品通量、低消耗成本的效果，“全谱全读”的分析摸式。

　　(5)仪器分析性能明显提高，分析波长范围向近红外区和远紫外区扩展，检出限有很大提高

　　波长范围逐渐扩大，紫外向130nm、红外向1100nm扩展。在远紫外光区有很多谱线干扰少的灵敏分析线，因此努力拓宽180nm以下的分析谱线的应用，一是提高测定下限，二是消除干扰，三是扩大测定范围。

　　(6)溶液高通量自动进样及省时、省气、高效设计达到即开即用的效果

　　采用溶液高通量自动进样技术，缩短进样及冲洗时间，提高进样频率，实现高通量自动进样。

　　气路设计上也依据高效节能的理念，满足省时—开机即用(5分钟);省气—无需提前和延时吹扫，所有吹扫的氩气和冷却气体都将引入等离子气充分利用; 高效—高浓盐、有机样、高低浓度一次完成测定。

　　(7)激光剥蚀固体进样等配件已成为性能优越的商品，扩大了ICP-AES分析应用范围

　　将激光剥蚀(LA)超微粒子采样技术与ICP-AES分析技术相结合构成LA-ICP-AES, 形成固体样品直接进样的分析技术，已成商品配件。

　　近年来ICP-AES新产品

　　ICP-AES仪器技术进展，从提高分析能力考虑，提高仪器分辨率是关注点;改进仪器的使用流程，提高开机即用能力，减低气体消耗是主流。

　　近年来出现新品：耶拿高分辨率ICP仪器-PQ9000型、利曼CMOS固态检测器ICP仪器-Prodigy7型、安捷伦同步双向观测仪器-ICP5100型、珀金埃尔默平板型等离子光谱仪器-Optima 8300型、聚光科技的 ICP-5000型等。

　　耶拿 PQ9000:以耶拿的光学优势，高分辨率中阶梯光栅-棱镜二级色散，达到光学分辨率 0.003nm。

　　利曼 ICP-Prodigy7：首台采用CMOS固态检测器的ICP-AES。CMOS与目前通常采用的固体检测器CCD或CID不同，其信号采集及处理速度快于常规的CCD/CID。

　　安捷伦 ICP-OES 5100：智能光谱组合技术(DSC)可实现同步的水平和垂直双向同时观测，是一个全新概念。

　　珀金埃尔默PE 8300：平板型等离子体降低Ar气消耗量至8 L/min。

　　聚光科技 ICP-5000：国内率先实现了商品化的全谱型仪器，有多项自主研发技术：自主研发的自激式全固态RF电源及匹配技术、小型化中阶梯二维分光系统光路技术、自行研发的深制冷面阵CCD高速数采系统，分析软件上也有多项创新。

　　ICP-AES应用进展

　　ICP-AES分析由于其优越的分析性能，已经在很多领域的得到广泛应用，很多分析方法作为分析标准已经纳入国家标准及行业标准。

　　目前ICP-AES法纳入国家标准(GB/T)和行业标准:

　　质检出版社2011年出版的：电感耦合等离子体原子发射光谱分析技术标准汇篇

　　ICP-AES应用动态

　　由于ICP-AES技术的不断发展，逐渐实现了快速、低成本、高通量的分析。特别适应用在环境、制药、食品安全或工业分析等领域上，ICP-AES分析已成低成本的检测方法。

　　从近年来在各公开刊物上发表的文献可以看出ICP-AES已经成为日常分析手段。查近两年2013-2014公开出版刊物中论文有关于ICP-AES分析的论文就有693篇: 2014年228篇，2013年465篇。其中出自“冶金分析”46篇;“光谱实验室”33篇;“中国无机分析化学”23篇;“光谱学与光谱分析”14篇;“化学分析计量”13篇;“岩矿测试12篇等，可见其应用范围很广。

　　直接测定

　　ICP-AES分析通过选用合适仪器和分析谱线大多情况下均可以进行直接测定。主要是解决样品处理问题和谱线干扰问题。各类仪器新品均是为了实现各类样品直接测定的需要。从分析对象看主要还是归结为：

　　无机物的分析：通过选用合适仪器和分析谱线大多情况下均可以进行直接测定。主要是解决样品处理问题和谱线干扰问题。有机物分析：通过选用合适仪器和分析谱线大多情况下可以进行直接测定。主要是分解有机样品的处理问题和仪器的条件设定问题。

　　分离分析

　　ICP-AES作为一种元素测定的分析手段，采用简易分离后测定，可以解决没有现成分析方法或成分复杂无法进行直接测定样品分析问题，也可通过分离富集提高其测定下限，有更为广泛的应用价值。

　　如：用离子交换纤维柱分离铬(Ⅲ)和铬(Ⅵ)有很好的分离效果，分离后的 Cr(Ⅲ) 和 Cr(Ⅵ) 可用 ICP-AES分别测量—实现价态分析;用氢氧化镧共沉淀分离ICP-AES法测定铜精矿中铅、砷、锑、铋杂质元素;用反相色层分离ICP-AES法测定可燃毒物(Gd,U)O₂中12种微量元素等。

　　气体进样分析

　　ICP-AES法通过氢化物发生以气态氢化物发生方式进样，提高了测定灵敏度。另外，以气体进样方式，可以解决特殊的分析需求。如：以发生CO₂方式可以测碳、碳酸盐含量。

　　固体进样分析

　　LA-ICP-AES开拓了ICP-AES的固体进样分析方法，已有商品配件可供选用。例如：LA-ICP-AES法分析中低合金钢中多元素的研究，除Si元素外，其它元素线性相关系数均大于0.999。

　　虽然当前人们更多地关注于质谱分析仪器，对于原子光谱的地位与应用产生了怀疑，但是对于无机元素测定，原子光谱仍是最佳方法。特别是ICP-AES已成为实验室必备的检测手段。而环境安全、食品安全中有毒有害元素的检测是长期存在的需要，因此ICP-AES分析仪器的发展仍得到极大的关注。